JP2022048897A - Sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、センサに関する。 Embodiments of the present invention relate to sensors.
例えば、ＭＥＭＳ構造を利用したセンサがある。センサにおいて、検出能力の向上が望まれる。 For example, there is a sensor using a MEMS structure. It is desired to improve the detection ability of the sensor.
本発明の実施形態は、検出能力の向上が可能なセンサを提供する。 An embodiment of the present invention provides a sensor capable of improving the detection capability.
本発明の実施形態によれば、センサは、基体と第１支持部と第１構造体とを含む。前記第１支持部は、前記基体に固定される。前記第１構造体は、可動部と、前記第１支持部に支持された複数の第１梁部と、を含む。前記可動部は、第１領域及び第２領域を含む。前記第１領域から前記第２領域への方向は、第１方向に沿う。前記複数の第１梁部は、前記第１方向と交差する第２方向に延びる。前記複数の第１梁部は、前記第１領域と接続される。前記第２領域と前記基体との間の、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿う距離が可変である。前記複数の第１梁部の数は、３以上である。 According to an embodiment of the present invention, the sensor includes a substrate, a first support portion, and a first structure. The first support portion is fixed to the substrate. The first structure includes a movable portion and a plurality of first beam portions supported by the first support portion. The movable portion includes a first region and a second region. The direction from the first region to the second region is along the first direction. The plurality of first beam portions extend in a second direction intersecting the first direction. The plurality of first beam portions are connected to the first region. The distance between the second region and the substrate along the third direction intersecting the plane including the first direction and the second direction is variable. The number of the plurality of first beam portions is 3 or more.
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio of the sizes between the parts, etc. are not always the same as the actual ones. Even if the same part is represented, the dimensions and ratios may be different from each other depending on the drawing.
In the present specification and each figure, the same elements as those described above with respect to the above-mentioned figures are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式的斜視図である。
図１に示すように、実施形態に係るセンサ１１０は、基体５０、第１支持部５１ｆ及び第１構造体１１を含む。第１支持部５１ｆは、基体５０に固定される。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating the sensor according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the
第１構造体１１は、可動部２０と、複数の第１梁部３１と、を含む。可動部２０は、第１領域２１と、第２領域２２と、を含む。可動部２０は、第３領域２３をさらに含んでも良い。第１領域２１から第２領域２２への方向は、第１方向に沿う。第１領域２１は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第２領域２２と第３領域２３との間である。
The
第１方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向に対して垂直な１つの方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。 The first direction is the X-axis direction. One direction perpendicular to the X-axis direction is defined as the Y-axis direction. The direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction is defined as the Z-axis direction.
複数の第１梁部３１は、第１支持部５１ｆに接続される。複数の第１梁部３１は、第１支持部５１ｆに支持される。実施形態において、複数の第１梁部３１の数は３以上である。この例では、複数の第１梁部３１の数は３である。複数の第１梁部３１は、梁部３１ａ、梁部３１ｂ、及び、梁部３１ｃなどを含む。この例では、複数の第１梁部３１は、第１方向（Ｘ軸方向）に沿って並ぶ。複数の第１梁部３１は、第１方向と交差する第２方向（例えばＹ軸方向）に延びる。複数の第１梁部３１は、第１領域２１と接続される。例えば、複数の第１梁部３１は、弾性変形可能である。
The plurality of
基体５０は、例えば、Ｘ－Ｙ平面に対して実質的に平行に広がる。可動部２０（第１～第３領域２１～２３）は、Ｚ軸方向において、基体５０から離れる。可動部２０と基体５０との間には、空隙ｇ１が設けられる。
The
例えば、可動部２０は、Ｘ－Ｙ平面に沿って広がる板状（膜状）である。可動部２０（第１～第３領域２１～２３）は、変形可能である。第１方向及び第２方向を含む平面と交差する第３方向（例えばＺ軸方向）における第２領域２２の位置は、可変である。第２領域２２と基体５０との間の第３方向に沿う距離ｄ１は、可変である。第３領域２３と基体５０との間の第３方向に沿う距離は、可変である。
For example, the
例えば、センサ１１０に外力などの加速度が加わると、第１構造体１１の一部が変形する。例えば、可動部２０（第２領域２２及び第３領域２３など）の基体５０に対する位置が相対的に変化する。例えば、加速度により、第２領域２２と基体５０との間の距離ｄ１が変化する。例えば、１つの例において、可動部２０の位置の変化に応じた値（例えば電気容量）を検出することで、センサ１１０に加わる外力などを検出できる。例えば、加速度に応じて生じる、可動部２０の共振周波数の変化を検出することで、加速度が検出されても良い。センサ１１０は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子である。
For example, when an acceleration such as an external force is applied to the
このようなセンサ１１０において、複数の第１梁部３１は、例えば、トーション型のばねである。複数の第１梁部３１によって、可動部２０の振動の周波数特性が変化し、センサの共振周波数が変化する。本願発明者らは、複数の第１梁部３１の数が３以上である場合に、センサの共振周波数を高くできることを見出した。これにより、例えば高周波数帯域においても加速度を検出することができる。センサの検出能力を高めることができる。
In such a
図１に示すように、この例では、センサ１１０は、第２支持部５１ｇをさらに含む。第２支持部５１ｇは、基体５０に固定される。第１構造体１１は、複数の第２梁部３２をさらに含む。複数の第２梁部３２は、第２支持部５１ｇに接続される。複数の第２梁部３２は、第２支持部５１ｇに支持される。この例では、複数の第２梁部３２は、第１方向（Ｘ軸方向）に沿って並ぶ。複数の第２梁部３２は、第１方向と交差する第２方向（例えばＹ軸方向）に延びる。複数の第２梁部３２は、第１領域２１と接続される。例えば、複数の第２梁部３２は、弾性変形可能である。
As shown in FIG. 1, in this example, the
第１領域２１の少なくとも一部は、第２方向において、第１支持部５１ｆと第２支持部５１ｇとの間にある。複数の第１梁部３１は、第２方向において、第１支持部５１ｆと第１領域２１との間にある。複数の第２梁部３２は、第２方向において、第２支持部５１ｇと第１領域２１との間にある。
At least a portion of the
例えば、複数の第２梁部３２の数は、複数の第１梁部３１の数と同じである。この例では、複数の第２梁部３２の数は３である。複数の第２梁部３２は、梁部３２ａ、梁部３２ｂ、及び梁部３２ｃを含む。複数の第１梁部３１の１つ（例えば梁部３１ａ）から複数の第２梁部３２の１つ（例えば梁部３２ａ）への方向は、Ｙ軸方向に実質的に平行である。
For example, the number of the plurality of
例えば、梁部３１ａと梁部３２ａとが、一対のばねである。梁部３１ｂと梁部３２ｂとが、一対のばねである。梁部３１ｃと梁部３２ｃとが、一対のばねである。実施形態においては、３つ以上の対の梁部（トーション型のばね）が設けられる。これにより、センサの共振周波数を高くすることができる。
For example, the
例えば、第１構造体１１は、Ｚ－Ｘ平面に対して対称な構造で良い。例えば、複数の第１梁部３１及び複数の第２梁部３２は、互いに同じ形状である。例えば、複数の第１梁部３１は、等間隔で並んでいる。例えば、複数の第２梁部３２は、等間隔で並んでいる。
For example, the
例えば、梁部３１ａの長さ（Ｙ軸方向の長さ）は、梁部３２ａの長さと実質的に同じである。複数の第１梁部３１の１つの第２方向に沿った長さＬ１ａは、複数の第２梁部３２の１つの第２方向に沿った長さＬ２ａと実質的に同じである。例えば、長さＬ１ａは、長さＬ２ａの０．８倍以上１．２倍以下である。
For example, the length of the
例えば、梁部３１ａの長さは、梁部３１ｂの長さと実質的に同じである。複数の第１梁部３１の１つの第２方向に沿った長さＬ１ａは、複数の第１梁部の別の１つの第２方向に沿った長さＬ１ｂと実質的に同じある。例えば、長さＬ１ａは、長さＬ１ｂの０．８倍以上１．２倍以下である。
For example, the length of the
例えば、梁部３１ａの厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、梁部３２ａの厚さと実質的に同じである。複数の第１梁部３１の１つの第３方向に沿った長さＴ１ａは、複数の第２梁部３２の１つの第３方向に沿った長さＴ２ａと実質的に同じである。例えば、長さＴ１ａは、長さＴ２ａの０．８倍以上１．２倍以下である。
For example, the thickness of the
例えば、梁部３１ａの厚さは、梁部３１ｂの厚さと実質的に同じである。複数の第１梁部３１の１つの第３方向に沿った長さＴ１ａは、複数の第１梁部３１の別の１つの第３方向に沿った長さＴ１ｂと実質的に同じである。例えば、長さＴ１ａは、長さＴ１ｂの０．８倍以上１．２倍以下である。
For example, the thickness of the
例えば、梁部３１ａの幅（Ｘ軸方向の長さ）は、梁部３２ａの幅と実質的に同じである。複数の第１梁部３１の１つの第１方向に沿った長さＷ１ａは、複数の第２梁部３２の１つの第１方向に沿った長さＷ２ａと実質的に同じである。例えば、長さＷ１ａは、長さＷ２ａの０．８倍以上１．２倍以下である。
For example, the width (length in the X-axis direction) of the
例えば、梁部３１ａの幅は、梁部３１ｂの幅と実質的に同じである。複数の第１梁部３１の１つの第１方向に沿った長さＷ１ａは、複数の第１梁部３１の別の１つの第１方向に沿った長さＷ１ｂと実質的に同じである。例えば、長さＷ１ａは、長さＷ１ｂの０．８倍以上１．２倍以下である。
For example, the width of the
例えば、第１梁部３１の形状は、Ｙ軸方向に細長い。例えば、長さＬ１ａは、長さＷ１ａよりも長く、長さＴ１ａよりも長い。複数の第１梁部３１同士の間隔は、複数の第１梁部３１の幅（長さＷ１ａ）よりも短くても良い。
For example, the shape of the
例えば、第２領域２２の第１方向に沿った長さＬ２２は、第１領域２１の第１方向に沿った長さＬ２１よりも長い。例えば、長さＬ２２は、第３領域２３の第１方向に沿った長さＬ２３よりも長い。
For example, the length L22 of the
以上説明した、複数の第１梁部３１の形状、複数の第２梁部３２の形状及び可動部２０の形状により、例えば、可動部２０がより適切に振動しやすい。
The shape of the plurality of
以下、複数の第１梁部３１の数と複数の第１梁部３１の幅とを変化させた実験試料の評価結果を示す。実験試料においては、複数の第１梁部３１の１つの幅Ｗ１と、複数の第１梁部３１の数と、が変更される。
Hereinafter, the evaluation results of the experimental sample in which the number of the plurality of
図２は、第１実施形態に係るセンサの特性を例示するグラフ図である。
図２の横軸は、複数の第１梁部３１の１つの幅Ｗ１である。縦軸は、共振周波数ｆ１である。幅Ｗ１は、図１に示した長さＷ１ａに対応する。特性Ｃ４においては、複数の第１梁部３１の数は４である。特性Ｃ５においては、複数の第１梁部３１の数は５である。特性Ｃ６においては、複数の第１梁部３１の数は６である。
FIG. 2 is a graph illustrating the characteristics of the sensor according to the first embodiment.
The horizontal axis of FIG. 2 is one width W1 of the plurality of
図２に示すように、複数の第１梁部３１の数を増やすことで、センサの共振周波数を高くすることができる。本願発明者らの検討によれば、複数の第１梁部３１の数を３以上とした場合に、共振周波数が顕著に高くなることが分かった。
As shown in FIG. 2, the resonance frequency of the sensor can be increased by increasing the number of the plurality of
例えば、幅Ｗ１が６μｍであり複数の第１梁部３１の数が１の場合、共振周波数ｆ１は、４．８ｋＨｚ程度である。これに比べて、複数の第１梁部３１の数が３以上の場合は、共振周波数を高くすることができる。例えば、幅Ｗ１が広い梁部が１つの場合に比べて、幅Ｗ１が狭い梁部が３つ以上の場合の方が、共振周波数が高くなる。
For example, when the width W1 is 6 μm and the number of the plurality of
（第２実施形態）
図３（ａ）～図３（ｃ）及び図４は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図３（ａ）は、図３（ｂ）及び図３（ｃ）の矢印ＡＡからみた平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ１－Ａ２線断面図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ１－Ｂ２線断面図である。図４は、図３（ａ）のＣ１－Ｃ２線断面図である。
(Second Embodiment)
3 (a) to 3 (c) and FIG. 4 are schematic views illustrating the sensor according to the second embodiment.
3 (a) is a plan view seen from the arrow AA of FIGS. 3 (b) and 3 (c). FIG. 3B is a sectional view taken along line A1-A2 of FIG. 3A. FIG. 3 (c) is a sectional view taken along line B1-B2 of FIG. 3 (a). FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line C1-C2 of FIG. 3 (a).
図３（ａ）に示すように、センサ１２０も、基体５０、第１支持部５１ｆ、第２支持部５１ｇ、及び、第１構造体１１を含む。第１構造体１１は、可動部２０と、複数の第１梁部３１と、複数の第２梁部３２と、を含む。この例では、複数の第１梁部３１の数は４であり、複数の第２梁部３２の数は４である。
As shown in FIG. 3A, the
第１支持部５１ｆ及び第２支持部５１ｇが基体５０に固定される。例えば、第１支持部５１ｆ及び第２支持部５１ｇは、絶縁部（例えば図３（ｂ）に示す絶縁部５３など）を介して基体５０に固定される。可動部２０は、第１～第３領域２１～２３を含む。可動部２０は、例えば、導電性である。可動部２０は、例えば、第１導電部に対応する。
The
図３（ａ）及び図４に示すように、第１構造体１１は、複数の第１電極１１ｅをさらに含む。複数の第１電極１１ｅは、可動部２０の第２領域２２に保持される。例えば、複数の第１電極１１ｅは、第２領域２２と接続される。複数の第１電極１１ｅは、第２領域２２と連続しても良い。図４に示すように、複数の第１電極１１ｅと基体５０との間に空隙ｇ２が設けられる。基体５０に対する複数の第１電極１１ｅの第３方向（Ｚ軸方向）における位置は、可変である。例えば、複数の第１電極１１ｅと基体５０との間の第３方向に沿う距離ｄｅ１（図４参照）は、可変である。図３（ａ）に示すように、複数の第１電極１１ｅの１つから複数の第１電極１１ｅの別の１つへの方向は、第２方向（Ｙ軸方向）に沿う。
As shown in FIGS. 3A and 4, the
この例では、センサ１２０は、第２構造体１２及び第３構造体１３を含む。図３（ａ）～図３（ｃ）に示すように、第２構造体１２は、第２導電部１２ｃ、及び、複数の第２電極１２ｅを含む。図３（ｂ）に示すように、第２導電部１２ｃは、基体５０に固定される。例えば、基体５０と第２導電部１２ｃとの間に、絶縁部５２が設けられる。第２導電部１２ｃは、絶縁部５２に固定される。複数の第２電極１２ｅは、第２導電部１２ｃに保持される。例えば、複数の第２電極１２ｅは、第２導電部１２ｃと接続される。
In this example, the
図３（ａ）に示すように、複数の第２電極１２ｅの１つは、複数の第１電極１１ｅの１つと、複数の第１電極１１ｅの別の１つとの間にある。例えば、複数の第１電極１１ｅの１つは、複数の第２電極１２ｅの１つと、複数の第２電極１２ｅの別の１つとの間にある。複数の第１電極１１ｅと複数の第２電極１２ｅとは、Ｙ軸方向に沿って交互に並ぶ。例えば、複数の第１電極１１ｅ及び複数の第２電極１２ｅは、櫛歯電極を形成する。
As shown in FIG. 3A, one of the plurality of
複数の第１電極１１ｅ及び複数の第２電極１２ｅにより、キャパシタンスが形成される。キャパシタンスの静電容量は、複数の第１電極１１ｅと複数の第２電極１２ｅとが対向する面積に依存する。
Capacitance is formed by the plurality of
センサ１２０に外力などの加速度が加わると、複数の第１電極１１ｅと基体５０との間の距離ｄｅ１が変化する。一方、複数の第２電極１２ｅと基体５０との間の距離ｄｅ２（図３（ｂ）参照）は実質的に固定される。このため、加速度などの外力がセンサ１２０に加わったときの静電容量は、加速度などの外力がセンサ１２０に加わらないときの静電容量から変化する。
When an acceleration such as an external force is applied to the
複数の第１電極１１ｅと、複数の第２電極１２ｅと、の間の静電容量は、複数の第１電極１１ｅと基体５０との間の距離ｄｅ１の変化に応じて変化する。センサ１２０において、例えば、Ｚ軸方向に沿う加速度が検出される。
The capacitance between the plurality of
図３（ａ）～図３（ｃ）に示すように、第３構造体１３は、第３導電部１３ｃ、及び、複数の第３電極１３ｅを含む。図３（ｂ）に示すように、第３導電部１３ｃは、基体５０に固定される。例えば、基体５０と第３導電部１３ｃとの間に、絶縁部５３が設けられる。第３導電部１３ｃは、絶縁部５３に固定される。複数の第３電極１３ｅは、第３導電部１３ｃに保持される。例えば、複数の第３電極１３ｅは、第３導電部１３ｃと接続される。
As shown in FIGS. 3A to 3C, the
図３（ａ）及び図４に示すように、第１構造体１１は、複数の第４電極１４ｅをさらに含む。複数の第４電極１４ｅは、可動部２０の第３領域２３に保持される。例えば、複数の第４電極１４ｅは、第３領域２３と接続される。図４に示すように、複数の第４電極１４ｅと基体５０との間に空隙ｇ３が設けられる。基体５０に対する複数の第４電極１４ｅの第３方向（Ｚ軸方向）における位置は、可変である。例えば、複数の第４電極１４ｅと基体５０との間の第３方向（Ｚ軸方向）に沿う距離ｄｅ４（図４参照）は、可変である。図４（ａ）に示すように、複数の第４電極１４ｅの１つから複数の第４電極１４ｅの別の１つへの方向は、第２方向（Ｙ軸方向）に沿う。
As shown in FIGS. 3A and 4, the
図３（ａ）に示すように、複数の第３電極１３ｅの１つは、複数の第４電極１４ｅの１つと、複数の第４電極１４ｅの別の１つとの間にある。例えば、複数の第４電極１４ｅの１つは、複数の第３電極１３ｅの１つと、複数の第３電極１３ｅの別の１つとの間にある。複数の第３電極１３ｅと複数の第４電極１４ｅとは、Ｙ軸方向に沿って交互に並ぶ。例えば、複数の第３電極１３ｅ及び複数の第４電極１４ｅは、櫛歯電極を形成する。複数の第３電極１３ｅ及び複数の第４電極１４ｅにより、キャパシタンスが形成される。キャパシタンスの静電容量は、複数の第３電極１３ｅと複数の第４電極１４ｅとが対向する面積に依存する。
As shown in FIG. 3A, one of the plurality of
センサ１２０に外力などの加速度が加わると、複数の第４電極１４ｅと基体５０との間の距離ｄｅ４が変化する。一方、複数の第３電極１３ｅと基体５０との間の距離ｄｅ３（図３（ｂ）参照）は実質的に固定される。このため、加速度などの外力がセンサ１２０に加わったときの静電容量は、加速度などの外力がセンサ１２０に加わらないときの静電容量から変化する。複数の第３電極１３ｅと、複数の第４電極１４ｅと、の間の静電容量は、距離ｄｅ４の変化に応じて変化する。
When an acceleration such as an external force is applied to the
例えば、距離ｄｅ１が長くなるときに、距離ｄｅ４が短くなる。例えば、距離ｄｅ１が短くなるときに、距離ｄｅ４が長くなる。既に述べたように、第２領域２２の長さＬ２２（図１参照）は、第３領域の長さＬ２３（図１参照）よりも長い。第２領域２２と第３領域３とを非対称にすることで、外力が加わったときに、可動部２０が効率良く変位する。これにより、静電容量の変化が大きくできる。高い感度が得やすくなる。
For example, when the distance de1 becomes longer, the distance de4 becomes shorter. For example, when the distance de1 becomes shorter, the distance de4 becomes longer. As already mentioned, the length L22 of the second region 22 (see FIG. 1) is longer than the length L23 of the third region (see FIG. 1). By making the
図３（ａ）及び図４に示すように、センサ１１０は、第１電極パッド１１Ｅ、第２電極パッド１２Ｅ及び第３電極パッド１３Ｅを含んでも良い。第１電極パッド１１Ｅは、例えば、可動部２０（例えば第１導電部）と電気的に接続される。この例では、第１電極パッド１１Ｅは、第１、２梁部３１、３２及び第１領域２１を介して、複数の第１電極１１ｅ及び複数の第４電極１４ｅと電気的に接続される。第２電極パッド１２Ｅは、例えば、第２導電部１２ｃを介して複数の第２電極１２ｅと電気的に接続される。第３電極パッド１３Ｅは、例えば、第３導電部１３ｃを介して複数の第３電極１３ｅと電気的に接続される。これらの電極パッドの間の電気的特性を検出することで、外力などを検出できる。
As shown in FIGS. 3A and 4, the
上記の実施形態において、例えば、基体５０はシリコンを含む。第１構造体１１（可動部２０、複数の第１電極１１ｅ及び複数の第４電極１４ｅ）、第２構造体１２（第２導電部１２ｃ及び複数の第２電極１２ｅ）、第３構造体１３（第３導電部１３ｃ及び複数の第３電極１３ｅ）、第１支持部５１ｆ、第２支持部５１ｇ、複数の第１梁部３１及び複数の第２梁部３２などは、例えば、シリコン及び第１元素を含む。第１元素は、例えば、ゲルマニウム、リン、ヒ素、アンチモン、ホウ素、ガリウム及びインジウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１元素は、例えば、不純物である。
In the above embodiment, for example, the
例えば、同じ形状のトーション型のばね（梁部）が複数並べられた場合、ばね定数は、以下の式（１）により表されると考えられる。
上記の式（１）において、ｋｔは、ばね定数である。ｌｔは、ばねの長さである。Ｗは、ばねの幅である。Ｈは、ばねの厚さである。Ｇｔは剛性率である。実施形態において、Ｈ＞Ｗである。Ｎは、ばねの数（対の数）である。実施形態においてＮは、３以上である。αは、相互作用に関する係数である。
For example, when a plurality of torsion-type springs (beam portions) having the same shape are arranged, the spring constant is considered to be expressed by the following equation (1).
In the above equation (1), kt is a spring constant. l t is the length of the spring. W is the width of the spring. H is the thickness of the spring. Gt is the rigidity. In the embodiment, H> W. N is the number of springs (the number of pairs). In the embodiment, N is 3 or more. α is a coefficient for interaction.
例えば、式（１）の第１項は、ばねの数の増加による項である。第２項は、ばね間の相互作用に対応する項である。複数のばねを用いることで、ばねの数の増加による項に加えて、相互作用による項が発生すると推定される。例えば、複数の第１梁部３１（ばね）の数を３以上とすることで、複数の第１梁部３１に比較的大きな相互作用が生じると推定される。これにより、センサの共振周波数を高くしやすくなり、センサの検出能力を高めることができる。本願発明者らの検討によれば、相互作用αの項は、例えば、Ｎが３以上の場合に、顕著に発生すると推定される。
For example, the first term of the equation (1) is a term due to an increase in the number of springs. The second term corresponds to the interaction between the springs. It is presumed that by using a plurality of springs, a term due to interaction is generated in addition to a term due to an increase in the number of springs. For example, by setting the number of the plurality of first beam portions 31 (springs) to 3 or more, it is presumed that a relatively large interaction occurs between the plurality of
図５は、センサの特性を例示するグラフ図である。
図５の横軸は、複数の第１梁部３１の数Ｎ１である。縦軸は、複数の第１梁部３１間に生じる相互作用の大きさ（係数α）を示す。
FIG. 5 is a graph illustrating the characteristics of the sensor.
The horizontal axis of FIG. 5 is the number N1 of the plurality of
図５に示すように、複数の第１梁部３１の数Ｎ１を３以上とすると、係数αは大きくなる。実施形態においては、複数の第１梁部３１の数Ｎ１は、例えば３以上１０以下である。例えば、数Ｎ１が４以上６以下の範囲において、係数αは極大となる。
As shown in FIG. 5, when the number N1 of the plurality of
（第３実施形態）
第３実施形態は、電子装置に係る。
図６（ａ）～図６（ｃ）は、第３実施形態に係る電子装置を例示する模式図である。
図６（ａ）に示すように、第３実施形態に係る電子装置３１０は、第１実施形態または第２実施形態に係るセンサと、回路制御部１７０と、を含む。図６の例では、センサとして、センサ１１０（またはセンサ１２０）が用いられている。回路制御部１７０は、センサから得られる信号Ｓ１に基づいて回路１８０を制御可能である。回路１８０は、例えば駆動装置１８５の制御回路などである。実施形態によれば、高精度の検出結果に基づいて、駆動装置１８５を制御するための回路１８０などを高精度で制御できる。
(Third Embodiment)
The third embodiment relates to an electronic device.
6 (a) to 6 (c) are schematic views illustrating the electronic device according to the third embodiment.
As shown in FIG. 6A, the
第１実施形態または第２実施形態に係るセンサを用いて、駆動装置１８５の故障予知を行うことができる。例えば、センサ１１０（またはセンサ１２０）により、駆動装置１８５の振動を検出する。検出された振動の周波数解析を実施することにより駆動装置１８５の故障予知が可能となる。例えば、図６（ｂ）に示すように、駆動装置１８５の振動を検出する。図６（ｂ）は、駆動装置１８５の振動の振幅Ａ１と、時間Ｔｍ１と、の関係を示す模式的グラフ図である。図６（ｃ）は、周波数解析を例示する模式的グラフ図である。図６（ｃ）は、検出された振動の周波数スペクトル（周波数ｆ２（Ｈｚ）と、周波数成分の大きさＡ２との関係）を示す。例えば、周波数スペクトルから駆動装置１８５の故障を予知することができる。
The sensor according to the first embodiment or the second embodiment can be used to predict the failure of the
図７（ａ）～図７（ｈ）は、電子装置の応用を例示する模式図である。
図７（ａ）に示すように、電子装置３１０は、ロボットの少なくとも一部でも良い。図７（ｂ）に示すように、電子装置３１０は、製造工場などに設けられる工作ロボットの少なくとも一部でも良い。図７（ｃ）に示すように、電子装置３１０は、工場内などの自動搬送車の少なくとも一部でも良い。図７（ｄ）に示すように、電子装置３１０は、ドローン（無人航空機）の少なくとも一部でも良い。図７（ｅ）に示すように、電子装置３１０は、飛行機の少なくとも一部でも良い。図７（ｆ）に示すように、電子装置３１０は、船舶の少なくとも一部でも良い。図７（ｇ）に示すように、電子装置３１０は、潜水艦の少なくとも一部でも良い。図７（ｈ）に示すように、電子装置３１０は、自動車の少なくとも一部でも良い。第３実施形態に係る電子装置３１０は、例えば、ロボット及び移動体の少なくともいずれかを含んでも良い。
7 (a) to 7 (h) are schematic views illustrating the application of the electronic device.
As shown in FIG. 7A, the
実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んでも良い。
（構成１）
基体と、
前記基体に固定された第１支持部と、
第１構造体であって、前記第１構造体は、可動部と、前記第１支持部に支持された複数の第１梁部と、を含み、前記可動部は、第１領域及び第２領域を含み、前記第１領域から前記第２領域への方向は、第１方向に沿い、前記複数の第１梁部は、前記第１方向と交差する第２方向に延び、前記複数の第１梁部は、前記第１領域と接続され、前記第２領域と前記基体との間の、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿う距離が可変である、前記第１構造体と、
を備え、
前記複数の第１梁部の数は、３以上である、センサ。
The embodiment may include the following configurations (eg, technical proposals).
(Structure 1)
With the substrate
The first support portion fixed to the substrate and
A first structure, the first structure includes a movable portion and a plurality of first beam portions supported by the first support portion, and the movable portion includes a first region and a second. The direction from the first region to the second region including the region is along the first direction, and the plurality of first beam portions extend in a second direction intersecting with the first direction, and the plurality of first beams are included. The beam portion is connected to the first region, and the distance between the second region and the substrate along the third direction intersecting the plane including the first direction and the second direction is variable. , The first structure and
Equipped with
The number of the plurality of first beam portions is 3 or more, the sensor.
（構成２）
前記基体に固定された第２支持部をさらに備え、
前記第１構造体は、前記第２支持部に支持され前記第２方向に延びる複数の第２梁部をさらに、を含み、
前記第２方向において、前記第１支持部と前記第２支持部との間に前記第１領域の少なくとも一部があり、
前記第２方向において、前記第１支持部と前記第１領域との間に前記複数の第１梁部があり、
前記第２方向において、前記第２支持部と前記第１領域との間に前記複数の第２梁部があり、
前記複数の第２梁部の数は、前記複数の第１梁部の前記数と同じである、構成１記載のセンサ。
(Structure 2)
Further provided with a second support portion fixed to the substrate,
The first structure further includes a plurality of second beam portions supported by the second support portion and extending in the second direction.
In the second direction, there is at least a portion of the first region between the first support and the second support.
In the second direction, there are the plurality of first beam portions between the first support portion and the first region.
In the second direction, there are the plurality of second beam portions between the second support portion and the first region.
The sensor according to the
（構成３）
前記複数の第１梁部の１つの前記第２方向に沿った長さは、前記複数の第２梁部の１つの前記第２方向に沿った長さと実質的に同じである、構成２記載のセンサ。
(Structure 3)
2. The
（構成４）
前記複数の第１梁部の１つの前記第２方向に沿った長さは、前記複数の第１梁部の別の１つの前記第２方向に沿った長さと実質的に同じある、構成１または２に記載のセンサ。
(Structure 4)
The length of one of the plurality of first beam portions along the second direction is substantially the same as the length of another of the plurality of first beam portions along the second direction. Or the sensor according to 2.
（構成５）
前記複数の第１梁部の１つの前記第３方向に沿った長さは、前記複数の第２梁部の１つの前記第３方向に沿った長さと実質的に同じである、構成１または２に記載のセンサ。
(Structure 5)
The length of one of the plurality of first beam portions along the third direction is substantially the same as the length of one of the plurality of second beam portions along the third direction,
（構成６）
前記複数の第１梁部の１つの前記第３方向に沿った長さは、前記複数の第１梁部の別の１つの前記第３方向に沿った長さと実質的に同じである、構成２記載のセンサ。
(Structure 6)
The length of one of the plurality of first beam portions along the third direction is substantially the same as the length of another of the plurality of first beam portions along the third direction. 2. The sensor described.
（構成７）
前記複数の第１梁部の１つの前記第１方向に沿った長さは、前記複数の第２梁部の１つの前記第１方向に沿った長さと実質的に同じである、構成２記載のセンサ。
(Structure 7)
2. The
（構成８）
前記複数の第１梁部の１つの前記第１方向に沿った長さは、前記複数の第１梁部の別の１つの前記第１方向に沿った長さと実質的に同じである、構成１または２に記載のセンサ。
(Structure 8)
The length of one of the plurality of first beam portions along the first direction is substantially the same as the length of another of the plurality of first beam portions along the first direction. The sensor according to 1 or 2.
（構成９）
前記複数の第１梁部の１つの前記第２方向に沿った長さは、前記複数の第１梁部の前記１つの前記第１方向に沿った長さよりも長い、構成１または２に記載のセンサ。
(Structure 9)
The length of one of the plurality of first beam portions along the second direction is longer than the length of the plurality of first beam portions along the first direction, according to the
（構成１０）
前記複数の第１梁部の１つの前記第２方向に沿った長さは、前記複数の第１梁部の前記１つの前記第３方向に沿った長さよりも長い、構成１または２に記載のセンサ。
(Structure 10)
The length of one of the plurality of first beam portions along the second direction is longer than the length of the plurality of first beam portions along the third direction, according to the
（構成１１）
前記第２領域の前記第１方向に沿った長さは、前記第１領域の前記第１方向に沿った長さよりも長い、構成１～１０のいずれか１つに記載のセンサ。
(Structure 11)
The sensor according to any one of
（構成１２）
前記可動部は、第３領域を含み、
前記第１領域は、前記第１方向において、前記第２領域と前記第３領域との間であり、
前記第２領域の前記第１方向に沿った長さは、前記第３領域の前記第１方向に沿った長さよりも長い、構成１～１０のいずれか１つに記載のセンサ。
(Structure 12)
The movable portion includes a third region.
The first region is between the second region and the third region in the first direction.
The sensor according to any one of
（構成１３）
前記第１構造体は、前記第２領域に保持された複数の第１電極を含み、
前記複数の第１電極と前記基体との間の前記第３方向に沿う距離は可変である、構成１～１２のいずれか１つに記載のセンサ。
(Structure 13)
The first structure includes a plurality of first electrodes held in the second region.
The sensor according to any one of
（構成１４）
複数の第２電極を含む第２構造体をさらに備え、
前記複数の第２電極の１つは、前記複数の第１電極の前記１つと前記複数の第１電極の前記別の１つとの間にある、構成１３記載のセンサ。
(Structure 14)
Further equipped with a second structure containing a plurality of second electrodes,
The sensor according to
（構成１５）
前記複数の第２電極と前記基体との間の距離は、実質的に固定された、構成１４記載のセンサ。
(Structure 15)
The sensor according to configuration 14, wherein the distance between the plurality of second electrodes and the substrate is substantially fixed.
（構成１６）
前記複数の第１電極と前記複数の第２電極との間の静電容量は、前記複数の第１電極と前記基体との間の前記距離の変化に応じて変化する、構成１４または１５に記載のセンサ。
(Structure 16)
The capacitance between the plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes varies according to a change in the distance between the plurality of first electrodes and the substrate, according to the configuration 14 or 15. Described sensor.
（構成１７）
前記第１構造体は、前記第３領域に保持された複数の第４電極を含み、
前記複数の第４電極と前記基体との間の前記第３方向に沿う距離は可変である、請求項１２記載のセンサ。
(Structure 17)
The first structure includes a plurality of fourth electrodes held in the third region.
12. The sensor according to
（構成１８）
複数の第３電極を含む第３構造体をさらに備え、
前記複数の第３電極の１つは、前記複数の第４電極の前記１つと前記複数の第４電極の前記別の１つとの間にある、構成１７記載のセンサ。
(Structure 18)
Further equipped with a third structure containing a plurality of third electrodes,
The sensor according to configuration 17, wherein one of the plurality of third electrodes is located between the one of the plurality of fourth electrodes and the other one of the plurality of fourth electrodes.
（構成１９）
前記複数の第１梁部の前記数は、１０以下である、構成１～１８のいずれか１つに記載のセンサ。
(Structure 19)
The sensor according to any one of the
（構成２０）
前記基体はシリコンを含み、
前記第１構造体は、シリコン及び第１元素を含み、
前記第１元素は、ゲルマニウム、リン、ヒ素、アンチモン、ホウ素、ガリウム及びインジウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成１～１９のいずれか１つに記載のセンサ。
(Structure 20)
The substrate contains silicon and
The first structure contains silicon and a first element.
The sensor according to any one of
例えば、広帯域で且、高い検出能力を有するセンサが提供できる。 For example, it is possible to provide a sensor having a wide band and a high detection capability.
実施形態によれば、検出能力の向上が可能なセンサが提供できる。 According to the embodiment, it is possible to provide a sensor capable of improving the detection capability.
本願明細書において、「電気的に接続」には、直接接触して接続される場合の他に、他の導電性部材などを介して接続される場合も含む。 In the present specification, "electrically connected" includes not only the case of being directly contacted and connected, but also the case of being connected via another conductive member or the like.
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。 In the present specification, "vertical" and "parallel" include not only strict vertical and strict parallel, but also variations in the manufacturing process, for example, and may be substantially vertical and substantially parallel. ..
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、センサに含まれる基体及び第１構造体などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。 Hereinafter, embodiments of the present invention have been described with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, with respect to the specific configuration of each element such as the substrate and the first structure included in the sensor, the present invention can be similarly carried out by appropriately selecting from a range known to those skilled in the art, and the same effect can be obtained. Is included in the scope of the present invention as much as possible.
各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。 A combination of any two or more elements of each specific example to the extent technically possible is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
その他、本発明の実施の形態として上述したセンサを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのセンサも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, all sensors that can be appropriately designed and implemented by those skilled in the art based on the sensors described above as embodiments of the present invention also belong to the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 In addition, in the scope of the idea of the present invention, those skilled in the art can come up with various modified examples and modified examples, and it is understood that these modified examples and modified examples also belong to the scope of the present invention. ..
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
１１…第１構造体、 １１Ｅ…第１電極パッド、 １１ｅ…第１電極、 １２…第２構造体、 １２Ｅ…第２電極パッド、 １２ｃ…第２導電部、 １２ｅ…第２電極、 １３…第３構造体、 １３Ｅ…第３電極パッド、 １３ｃ…第３導電部、 １３ｅ…第３電極、 １４ｅ…第４電極、 ２０…可動部、 ２１…第１領域、 ２２…第２領域、 ２３…第３領域、 ３１…第１梁部、 ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ…梁部、 ３２…第２梁部、 ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ…梁部、 ５０…基体、 ５１…基板部分、 ５１ｆ…第１支持部、 ５１ｇ…第２支持部、 ５２、５３…絶縁部、 α…係数、 １１０、１２０…センサ、 １７０…回路制御部、 １８０…回路、 １８５…駆動装置、 ３１０…電子装置、 Ａ１…振幅、 Ａ２…大きさ、 ＡＡ…矢印、 Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６…特性、 Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２ａ…長さ、 Ｎ１…数、 Ｓ１…信号、 Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ…長さ、 Ｔｍ１…時間、 Ｗ１…幅、 Ｗ１ａ、Ｗ１ｂ、Ｗ２ａ…長さ、 ｄ１、ｄｅ１、ｄｅ２、ｄｅ３、ｄｅ４…距離、 ｆ１…共振周波数、 ｆ２…周波数、 ｇ１、ｇ２、ｇ３…空隙 11 ... 1st structure, 11E ... 1st electrode pad, 11e ... 1st electrode, 12 ... 2nd structure, 12E ... 2nd electrode pad, 12c ... 2nd conductive part, 12e ... 2nd electrode, 13 ... 3 structures, 13E ... 3rd electrode pad, 13c ... 3rd conductive part, 13e ... 3rd electrode, 14e ... 4th electrode, 20 ... movable part, 21 ... 1st region, 22 ... 2nd region, 23 ... second 3 regions, 31 ... 1st beam portion, 31a, 31b, 31c ... beam portion, 32 ... second beam portion, 32a, 32b, 32c ... beam portion, 50 ... substrate, 51 ... substrate portion, 51f ... 1st support portion , 51g ... 2nd support, 52, 53 ... Insulation, α ... Coefficient, 110, 120 ... Sensor, 170 ... Circuit control, 180 ... Circuit, 185 ... Drive, 310 ... Electronic device, A1 ... Amphitheater, A2 ... Size, AA ... Arrow, C4, C5, C6 ... Characteristics, L1a, L1b, L21, L22, L23, L2a ... Length, N1 ... Number, S1 ... Signal, T1a, T1b, T2a ... Length, Tm1 ... Time, W1 ... width, W1a, W1b, W2a ... length, d1, de1, de2, de3, de4 ... distance, f1 ... resonance frequency, f2 ... frequency, g1, g2, g3 ... void
Claims (10)
前記基体に固定された第１支持部と、
第１構造体であって、前記第１構造体は、可動部と、前記第１支持部に支持された複数の第１梁部と、を含み、前記可動部は、第１領域及び第２領域を含み、前記第１領域から前記第２領域への方向は、第１方向に沿い、前記複数の第１梁部は、前記第１方向と交差する第２方向に延び、前記複数の第１梁部は、前記第１領域と接続され、前記第２領域と前記基体との間の、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿う距離が可変である、前記第１構造体と、
を備え、
前記複数の第１梁部の数は、３以上である、センサ。 With the substrate
The first support portion fixed to the substrate and
A first structure, the first structure includes a movable portion and a plurality of first beam portions supported by the first support portion, and the movable portion includes a first region and a second. The direction from the first region to the second region including the region is along the first direction, and the plurality of first beam portions extend in a second direction intersecting with the first direction, and the plurality of first beams are included. The beam portion is connected to the first region, and the distance between the second region and the substrate along the third direction intersecting the plane including the first direction and the second direction is variable. , The first structure and
Equipped with
The number of the plurality of first beam portions is 3 or more, the sensor.
前記第１構造体は、前記第２支持部に支持され前記第２方向に延びる複数の第２梁部をさらに、を含み、
前記第２方向において、前記第１支持部と前記第２支持部との間に前記第１領域の少なくとも一部があり、
前記第２方向において、前記第１支持部と前記第１領域との間に前記複数の第１梁部があり、
前記第２方向において、前記第２支持部と前記第１領域との間に前記複数の第２梁部があり、
前記複数の第２梁部の数は、前記複数の第１梁部の前記数と同じである、請求項１記載のセンサ。 Further provided with a second support portion fixed to the substrate,
The first structure further includes a plurality of second beam portions supported by the second support portion and extending in the second direction.
In the second direction, there is at least a portion of the first region between the first support and the second support.
In the second direction, there are the plurality of first beam portions between the first support portion and the first region.
In the second direction, there are the plurality of second beam portions between the second support portion and the first region.
The sensor according to claim 1, wherein the number of the plurality of second beam portions is the same as the number of the plurality of first beam portions.
前記第１領域は、前記第１方向において、前記第２領域と前記第３領域との間であり、
前記第２領域の前記第１方向に沿った長さは、前記第３領域の前記第１方向に沿った長さよりも長い、請求項１～９のいずれか１つに記載のセンサ。 The movable portion includes a third region.
The first region is between the second region and the third region in the first direction.
The sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the length of the second region along the first direction is longer than the length of the third region along the first direction.
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